Biohybrid Skin Graft: A Fluorescent Window for Internal Health Monitoring

Biohybrid Skin Graft: A Fluorescent Window for Internal Health Monitoring

Οι φορητές συσκευές υγείας, όπως τα έξυπνα ρολόγια, είναι πλέον κοινός τόπος και επιτρέπουν τη συνεχή παρακολούθηση των φυσιολογικών σημάτων στην επιφάνεια του δέρματος. Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα στην Ιαπωνία ανέπτυξε μια βιοϋβριδική προσέγγιση που λειτουργεί μέσα στο σώμα, μετατρέποντας το τεχνητό δέρμα σε ορατή ένδειξη εσωτερικών βιολογικών καταστάσεων.

Μια κοινή ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Τόκιο και το Πανεπιστήμιο του Τόκιο, σε συνεργασία με την RIKEN και την Canon Medical Systems Co., παρουσίασε έναζωντανή οθόνη αισθητήρα: τεχνητό μόσχευμα δέρματος που ανταποκρίνεται σε ορισμένους βιοδείκτες, όπως: Β. φλεγμονή, φθορισμός. Αναφέρθηκε σεΕπικοινωνία με τη φύσηΤο σύστημα χρησιμοποιεί τη φυσική αναγέννηση του δέρματος του σώματος για να υποστηρίξει τη μακροχρόνια παρακολούθηση των βιοδεικτών, παρέχει οπτική απεικόνιση χωρίς δειγματοληψία αίματος μετά την εμφύτευση και επιτρέπει τη διαισθητική αξιολόγηση μέσω παρατήρησης.

Κάτι παραπάνω από επιφανειακό

Η παρακολούθηση εσωτερικών βιοδεικτών - πρωτεϊνών που υποδηλώνουν φλεγμονή, στρες ή ασθένεια - συνήθως βασίζεται σε δείγματα αίματος ή εξωτερικά συνδεδεμένους αισθητήρες που λειτουργούν μόνο για περιορισμένες χρονικές περιόδους.

«Οι συμβατικές προσεγγίσεις είναι συχνά επεμβατικές ή παρέχουν μόνο στιγμιότυπα του χρόνου», δήλωσε ο διακεκριμένος καθηγητής Hiroyuki Fujita του Πανεπιστημίου του Τόκιο (Ομότιμος Καθηγητής του Πανεπιστημίου του Τόκιο). «Στόχος μας ήταν να ερευνήσουμε ένα βιολογικά ολοκληρωμένο σύστημα που επιτρέπει τη συνεχή αντίληψη και τη διαισθητική ερμηνεία ακόμη και στο σπίτι».

Για να το πετύχουν αυτό, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επιδερμικά βλαστοκύτταρα, τα οποία τρέφουν και ανανεώνουν φυσικά το δέρμα σε όλη του τη ζωή. Με τη γενετική μηχανική αυτών των κυττάρων να ανταποκρίνονται σε φλεγμονώδη σήματα -συγκεκριμένα, στην ενεργοποίηση της οδού NF-κB- η ομάδα δημιούργησε ιστό δέρματος που αύξησε την έκφραση της πράσινης φθορίζουσας πρωτεΐνης (EGFP) ως απόκριση σε φλεγμονώδη σήματα.

Εάν ο αισθητήρας είναι μέρος του σώματος

Όταν μεταμοσχεύθηκε σε ποντίκια, το δέρμα που χειραγωγήθηκε εμβολιάστηκε και ενσωματώθηκε λειτουργικά στον ιστό του ξενιστή. Όταν προκλήθηκε φλεγμονή, η μεταμοσχευμένη περιοχή εξέπεμπε πράσινο φθορισμό και μετέτρεψε τα εσωτερικά μοριακά σήματα σε εξωτερικό οπτικό σήμα.

Δεδομένου ότι ο αισθητήρας αποτελείται από ζωντανά επιδερμικά βλαστοκύτταρα, διατηρείται από τον φυσικό μεταβολισμό των κυττάρων του δέρματος.

Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές συσκευές που απαιτούν πηγές ενέργειας ή τακτική αντικατάσταση, αυτό το σύστημα διατηρείται βιολογικά από τον ίδιο τον οργανισμό. Στα πειράματά μας, η λειτουργικότητα του αισθητήρα διατηρήθηκε για περισσότερες από 200 ημέρες καθώς τα επεξεργασμένα βλαστοκύτταρα αναγεννούσαν συνεχώς την επιδερμίδα».

Καθηγητής Shoji Takeuchi, Πανεπιστήμιο του Τόκιο

Προς ορατή, μακροπρόθεσμη παρακολούθηση βιοδεικτών

Αυτή η μελέτη αποδεικνύει μια απόδειξη της ιδέας για μακροπρόθεσμη, βιολογικά ολοκληρωμένη ανίχνευση χωρίς μπαταρίες, καλωδίωση ή λειτουργία ενεργού χρήστη. Αν και αυτή η εργασία επικεντρώθηκε στη φλεγμονώδη σηματοδότηση, η υποκείμενη στρατηγική είναι προσαρμόσιμη. Τροποποιώντας τους μοριακούς στόχους, θα μπορούσαν να αναπτυχθούν παρόμοια κατασκευασμένα δερματικά κατασκευάσματα που ανταποκρίνονται σε διαφορετικά φυσιολογικά ή μεταβολικά σήματα.

Οι ερευνητές σημειώνουν ότι αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να έχει εφαρμογές πέρα ​​από την ανθρώπινη υγειονομική περίθαλψη, συμπεριλαμβανομένης της έρευνας σε ζώα και της κτηνιατρικής, όπου οι οπτικοί δείκτες της κατάστασης της υγείας μπορούν να βοηθήσουν στην έγκαιρη ανίχνευση της νόσου σε ζώα που δεν μπορούν να μεταδώσουν συμπτώματα.

Αν και αυτή η εργασία βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο προκλινικό στάδιο, προσφέρει μια βιολογικά βασισμένη προσέγγιση για τη σύνδεση ζωντανών ιστών με λειτουργίες αίσθησης και θολώνει τη γραμμή μεταξύ βιολογικών συστημάτων και τεχνικών συσκευών.

Πηγές: